JP6642558B2 - Premixed compression ignition engine - Google Patents

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Description

本発明は、ガソリンを含む燃料を空気と混合しつつ自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能であって、強制着火源で混合気の着火をアシストするようにした予混合圧縮着火エンジンに関する。   The present invention relates to a premixed compression ignition engine capable of performing premixed compression ignition combustion in which fuel including gasoline is self-ignited while being mixed with air, and assisting ignition of the air / fuel mixture by a forced ignition source.

予混合圧縮着火燃焼を行うエンジン(例えば特許文献1参照)においては、当該エンジンが高負荷、高回転になるほど、急峻に燃焼圧が上昇し燃焼期間が過度に短期間となる過早燃焼(急激な熱発生)が生じる傾向がある。この過早燃焼が生じると、燃焼騒音が大きくなる、異常燃焼が生じるといった不具合が生じる。この不具合を防止するには、燃焼初期は比較的緩慢に、燃焼後期は比較的急速に燃焼させることによって燃焼期間を適度に延ばし、後期重心型の熱発生パターンとすることが望ましい。   In an engine that performs homogeneous charge compression ignition combustion (for example, see Patent Literature 1), as the load of the engine increases and the engine speed increases, the combustion pressure rises sharply and the combustion period becomes excessively short (abrupt combustion). Heat generation). When this premature combustion occurs, problems such as an increase in combustion noise and abnormal combustion occur. In order to prevent this problem, it is desirable to make the combustion period moderately long by burning relatively slowly in the early stage of combustion and relatively quickly in the late stage of combustion, thereby forming a late-centroid heat generation pattern.

上記の後期重心型の熱発生パターンを得るには、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせた燃焼が有効である。すなわち、燃焼室の混合気に強制着火を行い火炎伝播による燃焼(SI燃焼)を行わせ、このSI燃焼により発生する熱によって燃焼室内の未燃混合気を自着火により燃焼(CI燃焼)させる複合燃焼方式である。   Combination of SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion is effective in obtaining the late-centroid heat generation pattern. That is, a mixture in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is forcibly ignited to perform combustion by flame propagation (SI combustion) and the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber is self-ignited by the heat generated by the SI combustion (CI combustion). It is a combustion method.

特開2013−194712号公報JP 2013-194712 A

上記の複合燃焼方式おいて、タンブル流などの筒内流動によって、SI燃焼における火炎伝播が燃焼室全方位に均質に拡がらない場合がある。この場合、火炎伝播の偏在によって燃焼室空間においてCI燃焼に基づく自着火が生じる領域が増加し、当該自着火による熱発生量が過度になって、所期の燃焼騒音低減効果、異常燃焼抑制効果が得られないという問題が生じる。   In the above-described combined combustion system, flame propagation in SI combustion may not uniformly spread in all directions of the combustion chamber due to in-cylinder flow such as tumble flow. In this case, the region where self-ignition based on CI combustion occurs in the combustion chamber space due to the uneven distribution of the flame propagation increases, and the amount of heat generated by the self-ignition becomes excessive, and the intended combustion noise reduction effect and abnormal combustion suppression effect Is not obtained.

本発明の目的は、着火アシストを行う予混合圧縮着火式エンジンにおいて、燃焼室内における火炎伝播の偏在を可及的に防止することにより、燃焼騒音の低減及び異常燃焼の抑制を図ることにある。   An object of the present invention is to reduce combustion noise and suppress abnormal combustion by preventing as much as possible the uneven distribution of flame propagation in a combustion chamber in a homogeneous charge compression ignition engine that performs ignition assistance.

本発明の一局面に係る予混合圧縮着火式エンジンは、少なくともガソリンを含む燃料を用いる着火アシスト式の予混合圧縮着火式エンジンであって、吸気ポート及び排気ポートを備え、前記吸気ポートからの吸気によって前記吸気ポート側から前記排気ポート側へ向かうタンブル流が発生し、前記燃料の供給によって生成される混合気を圧縮着火燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室の径方向の中心領域に向けて前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内に着火部が配置される強制着火源と、前記強制着火源による着火タイミングを制御する着火制御部と、を備え、前記燃焼室を区画する燃焼室壁面の一部は、ピストンの冠面と、該冠面と対向する燃焼室天井面とによって形成され、前記吸気ポート及び前記排気ポートは、前記燃焼室天井面に開口されており、前記冠面は、径方向の中央領域に凹設されたキャビティと、少なくとも前記吸気側における前記キャビティの径方向外側に配置され前記燃焼室天井面と略平行な平面からなるスキッシュ生成面とを含み、前記着火部は、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、前記吸気側に偏在する位置であって、前記キャビティの外周縁の内側近傍に配置され、前記燃料噴射弁は、圧縮行程の中期に前記キャビティ内に燃料を噴射し、前記着火制御部は、前記燃料の噴射の後から圧縮上死点よりも前のタイミングであって、気筒軸方向に沿った断面視で前記着火部が前記スキッシュ生成面に沿ったラインを径方向内側へ延長した延長線よりも前記燃焼室天井面寄りの位置関係にあり、且つ、前記キャビティに沿って流れる前記タンブル流と前記スキッシュ生成面に沿って流れるスキッシュ流とが合流して前記燃焼室の径方向中心領域へ向かう筒内流動が前記着火部の位置で形成されるタイミングにおいて、前記混合気に強制着火するよう、前記強制着火源を制御することを特徴とする。 A premixed compression ignition engine according to one aspect of the present invention is an ignition assisted premixed compression ignition engine that uses at least fuel containing gasoline, and includes an intake port and an exhaust port, and intake air from the intake port. A tumble flow is generated from the intake port side toward the exhaust port side, and a combustion chamber for compression ignition combustion of the air-fuel mixture generated by the supply of the fuel, and the combustion chamber is directed toward a radially central region of the combustion chamber. A fuel injection valve for injecting fuel, a forced ignition source having an ignition unit disposed in the combustion chamber , and an ignition control unit for controlling ignition timing by the forced ignition source, to partition the combustion chamber A part of the combustion chamber wall is formed by a crown surface of the piston and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface, and the intake port and the exhaust port are formed by the combustion chamber ceiling. The crown surface is formed of a cavity recessed in a central region in the radial direction, and a plane arranged at least radially outside the cavity on the intake side and substantially parallel to the ceiling surface of the combustion chamber. A squish generating surface, wherein the ignition portion is located eccentrically on the intake side when the side where the intake port is arranged in the combustion chamber is the intake side and the side where the exhaust port is arranged is the exhaust side. Wherein the fuel injection valve is disposed near the inside of the outer peripheral edge of the cavity, the fuel injection valve injects fuel into the cavity in a middle stage of a compression stroke, and the ignition control unit performs compression after injection of the fuel. a timing before the top dead center, the combustion chamber ceiling surface than an extended line the ignition portion in sectional view along the cylinder axis direction is extended line along the squish generated surface radially inward And the tumble flow flowing along the cavity and the squish flow flowing along the squish generation surface merge and the in-cylinder flow toward the radial center region of the combustion chamber is ignited. The forced ignition source is controlled such that the mixture is forcibly ignited at a timing formed at the position of the section .

この予混合圧縮着火式エンジンによれば、燃料噴射弁の燃料噴射によって燃焼室の径方向の中心領域に混合気が形成されたとしても、強制着火で生じる火炎はタンブル流の影響によって排気側に流され、火炎伝播が排気側に向かう方向に偏る傾向が出る。しかし、上記強制着火源の着火部は、前記吸気側に偏在して配置されている。これにより、燃焼室において吸気側に偏った位置が強制着火点となり、前記吸気側から前記排気側に向かうタンブル流に乗せて火炎伝播を燃焼室の径方向中心領域へ向かわせることができる。その結果、火炎伝播による燃焼が前記排気側に偏ることが抑制され、専ら燃焼室の径方向中心領域で火炎伝播燃焼が生じ、その後に燃焼室の周辺領域で自着火燃焼が生じるようになる。従って、自着火による熱発生量が過度となることはなく、燃焼騒音の低減及び異常燃焼の抑制を図ることができる。   According to this homogeneous charge compression ignition engine, even if a mixture is formed in the radial center region of the combustion chamber by the fuel injection of the fuel injection valve, the flame generated by the forced ignition is directed to the exhaust side by the influence of the tumble flow. Flow, and the flame propagation tends to be biased toward the exhaust side. However, the ignition portion of the forced ignition source is arranged unevenly on the intake side. Thereby, the position deviated to the intake side in the combustion chamber becomes the forced ignition point, and the flame propagation can be directed to the radially central region of the combustion chamber on the tumble flow from the intake side to the exhaust side. As a result, the combustion due to the flame propagation is prevented from being biased toward the exhaust side, so that the flame propagation combustion occurs exclusively in the radial center region of the combustion chamber, and then the self-ignition combustion occurs in the peripheral region of the combustion chamber. Therefore, the amount of heat generated by self-ignition does not become excessive, and it is possible to reduce combustion noise and suppress abnormal combustion.

上記の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、前記燃焼室を区画する燃焼室壁面の一部は、ピストンの冠面と、該冠面と対向する燃焼室天井面とによって形成され、前記吸気ポート及び前記排気ポートは、前記燃焼室天井面に開口されており、前記冠面は、径方向の中央領域に凹設されたキャビティと、少なくとも前記吸気側における前記キャビティの径方向外側に配置され前記燃焼室天井面と略平行な平面からなるスキッシュ生成面とを含み、前記着火部は、圧縮行程後期において、前記キャビティに沿って流れる前記タンブル流と、前記スキッシュ生成面に沿って流れるスキッシュ流とが合流する合流領域に配置されていることが望ましい。なお、上記の「略平行」とは、前記燃焼室天井面と前記スキッシュ生成面とが平行に態様だけでなく、一方が他方に対して±5度程度以内の傾きを具備する態様も包含する意味である。   In the above-mentioned homogeneous charge compression ignition type engine, a part of a combustion chamber wall surface that partitions the combustion chamber is formed by a piston crown surface and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface, and the intake port and the combustion port The exhaust port is open to the combustion chamber ceiling surface, and the crown surface is provided with a cavity recessed in a radially central region and at least a radially outside of the cavity on the intake side in the combustion chamber. A squish generation surface formed of a plane substantially parallel to the ceiling surface, wherein the ignition section merges the tumble flow flowing along the cavity and the squish flow flowing along the squish generation surface in a later stage of the compression stroke. It is desirable to be arranged in the confluence area where it joins. The term “substantially parallel” includes not only a mode in which the combustion chamber ceiling surface and the squish generation surface are parallel to each other, but also a mode in which one has an inclination of about ± 5 degrees or less with respect to the other. Meaning.

この予混合圧縮着火式エンジンによれば、キャビティ内に混合気を形成することが可能となる。そして、前記合流領域に前記着火部を配置することで、前記タンブル流と、前記スキッシュ生成面から燃焼室の径方向中心に向かうスキッシュ流とを利用して、火炎伝播を前記キャビティの径方向中央部に指向させることができる。なお、膨張行程初期においては、前記スキッシュ生成面に生じる逆スキッシュ流によって、燃焼室の径方向外側領域における自着火燃焼を促進させることができる。   According to this homogeneous charge compression ignition engine, it is possible to form an air-fuel mixture in the cavity. Then, by arranging the ignition portion in the merging area, the tumble flow and the squish flow from the squish generation surface toward the radial center of the combustion chamber are used to transfer the flame propagation to the radial center of the cavity. Can be directed to the part. In the initial stage of the expansion stroke, self-ignition combustion in the radially outer region of the combustion chamber can be promoted by the reverse squish flow generated on the squish generation surface.

上記の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、前記キャビティは、底部と、この底部から当該キャビティの外周縁に向けて立ち上がる斜面部とを含み、前記スキッシュ生成面は前記キャビティの外周縁から前記冠面の径方向外側に向けて延出する平面であって、前記合流領域は、気筒軸方向に沿った断面視において、前記スキッシュ生成面が延出する前記外周縁部分の径方向内側であって、前記斜面部の上方部分に隣接する領域であることが望ましい。   In the above-described homogeneous charge compression ignition engine, the cavity includes a bottom and a slope rising from the bottom toward the outer peripheral edge of the cavity, and the squish generation surface is formed from the outer peripheral edge of the cavity to the crown surface. A plane extending radially outward, wherein the merging region is radially inward of the outer peripheral edge portion where the squish generation surface extends in a cross-sectional view along the cylinder axis direction, It is desirable that the area be adjacent to the upper part of the slope.

上記の領域は、前記タンブル流と前記スキッシュ流とが自ずと合流する領域であるので、前記着火部の配置箇所としては最適である。   Since the above-mentioned area is an area where the tumble flow and the squish flow merge naturally, it is optimal as a location where the ignition part is arranged.

上記の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、前記燃焼室天井面には、前記吸気ポート及び前記排気ポートが各々2個ずつ開口されており、前記スキッシュ生成面は、2つの前記吸気ポートの間から前記冠面の径方向外側に向けて延出する平面であって、前記合流領域は、前記燃焼室の気筒軸方向の平面視において、前記キャビティの外周縁の内側であって、2つの前記吸気ポートの間の領域であることが望ましい。   In the above-mentioned homogeneous charge compression ignition type engine, the intake port and the exhaust port are each opened two by two on the ceiling surface of the combustion chamber, and the squish generation surface is provided between the two intake ports. A plane extending radially outwardly of the crown surface, wherein the confluence region is inside the outer peripheral edge of the cavity in a plan view in the cylinder axial direction of the combustion chamber, and the two intake ports It is desirable to be an area between the two.

上記の領域は、吸排気2弁構成(4バルブ式)を採用する燃焼室において、前記タンブル流と前記スキッシュ流とが合流する領域となる。従って、かかる燃焼室において前記着火部の配置箇所としては最適である。   The above-mentioned region is a region where the tumble flow and the squish flow merge in a combustion chamber employing a two-valve intake / exhaust configuration (four-valve type). Therefore, in such a combustion chamber, the location of the ignition portion is optimal.

上記の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、前記燃料噴射弁からの燃料噴射は、前記キャビティ内に混合気が形成され、且つ、前記混合気と前記キャビティの壁面との間に空気層が形成されるように実行されることが望ましい。   In the above-described homogeneous charge compression ignition engine, in the fuel injection from the fuel injection valve, an air-fuel mixture is formed in the cavity, and an air layer is formed between the air-fuel mixture and a wall surface of the cavity. It is desirable to be performed as follows.

この予混合圧縮着火式エンジンによれば、前記キャビティ内に混合気層と該混合気層を取り囲む空気層とが成層化され、冷却損失を低減できる。そして、このような燃料分布の成層化が図られた状態において、火炎伝播をキャビティ内の全方位で均質に発生させることができる。   According to this premixed compression ignition engine, the gas mixture layer and the air layer surrounding the gas mixture layer are stratified in the cavity, and the cooling loss can be reduced. Then, in such a state that the fuel distribution is stratified, the flame propagation can be uniformly generated in all directions in the cavity.

本発明によれば、着火アシストを行う予混合圧縮着火式エンジンにおいて、燃焼室内における火炎伝播の偏在を可及的に防止することにより、燃焼騒音の低減及び異常燃焼の抑制を図ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the homogeneous charge compression ignition type engine which performs ignition assistance, reduction of combustion noise and suppression of abnormal combustion can be aimed at by preventing uneven distribution of flame propagation in a combustion chamber as much as possible.

図1は、本発明に係る予混合圧縮着火エンジンが適用されるエンジンシステムの構成の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of an engine system to which a homogeneous charge compression ignition engine according to the present invention is applied. 図2は、エンジン本体の気筒軸方向に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view along the cylinder axis direction of the engine body. 図3は、前記予混合圧縮着火エンジンの制御構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the homogeneous charge compression ignition engine. 図4は、燃料噴射、強制着火及び熱発生の関係を示すタイムチャートである。FIG. 4 is a time chart showing the relationship between fuel injection, forced ignition, and heat generation. 図5(A)は、燃焼室内における混合気の形成状況を示す断面図、図5(B)は燃焼室内における燃焼の態様を示す平面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a state of formation of an air-fuel mixture in a combustion chamber, and FIG. 5B is a plan view illustrating a mode of combustion in the combustion chamber. 図6は、ピストン冠面の平面図であって、着火部のレイアウトを説明するための図である。FIG. 6 is a plan view of the crown face of the piston and is a view for explaining the layout of the ignition portion. 図7は、燃焼室の気筒軸方向に沿った断面図であって、着火部のレイアウトを説明するための図である。FIG. 7 is a cross-sectional view along the cylinder axis direction of the combustion chamber and is a diagram for explaining a layout of an ignition portion. 図8(A)及び(B)は、燃焼室内で発生するタンブル流及びスキッシュ流を説明するための、エンジン本体の気筒軸方向に沿った概略断面図である。FIGS. 8A and 8B are schematic cross-sectional views along the cylinder axis direction of the engine main body for describing a tumble flow and a squish flow generated in the combustion chamber. 図9(A)及び(B)は、比較例において生成される火炎伝播ゾーンを示す図である。FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a flame propagation zone generated in the comparative example. 図10(A)及び(B)は、本実施形態において生成される火炎伝播ゾーンを示す図である。FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a flame propagation zone generated in the present embodiment. 図11は、本実施形態における燃焼後期の状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a state in a later stage of combustion in the present embodiment. 図12は、比較例及び本実施形態の燃焼室における熱発生率を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing heat generation rates in the combustion chambers of the comparative example and the present embodiment.

[エンジンの全体構成]
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジンを詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンが適用されるエンジンシステムの概略構成図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気を排出するための排気通路30と、排気通路30を通過する排気の一部をEGRガスとして吸気通路20に還流するEGR装置40とを備える。
[Overall configuration of engine]
Hereinafter, a homogeneous charge compression ignition engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system to which a homogeneous charge compression ignition engine according to an embodiment of the present invention is applied. The engine system according to the present embodiment includes a four-stroke engine body 1, an intake passage 20 for introducing combustion air into the engine body 1, and an exhaust passage 30 for discharging exhaust generated by the engine body 1. And an EGR device 40 that recirculates part of the exhaust gas passing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20 as EGR gas.

図2は、エンジン本体1の気筒軸方向Aに沿った概略断面図である。エンジン本体1は、4つの気筒2が図1の紙面と直交する方向に直列に配置された直列4気筒エンジンである。図2では、4つの気筒2のうちの1つのみを示している。前記エンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体1は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体1は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される予混合圧縮着火式エンジンである。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the engine body 1 along the cylinder axis direction A. The engine body 1 is an in-line four-cylinder engine in which four cylinders 2 are arranged in series in a direction orthogonal to the plane of the paper of FIG. FIG. 2 shows only one of the four cylinders 2. The engine system is mounted on a vehicle, and the engine body 1 is used as a drive source of the vehicle. In the present embodiment, the engine body 1 is a premixed compression ignition engine driven by receiving a supply of fuel including gasoline. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like.

エンジン本体1は、シリンダブロック3、シリンダヘッド4及びピストン5を備える。シリンダブロック3は、上述の4つの気筒を形成するシリンダライナを有する。シリンダヘッド4は、シリンダブロック3の上面に取り付けられ、気筒2の上部開口を塞いでいる。ピストン5は、各気筒2に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されている。ピストン5の往復運動に応じて、クランク軸7はその中心軸回りに回転する。   The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5. The cylinder block 3 has a cylinder liner that forms the above-described four cylinders. The cylinder head 4 is attached to an upper surface of the cylinder block 3 and closes an upper opening of the cylinder 2. The piston 5 is accommodated in each of the cylinders 2 so as to be slidable back and forth, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates around its central axis.

ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9及び排気ポート10が形成されている。シリンダヘッド4の底面は燃焼室天井面6Uであり、この燃焼室天井面6Uは、上向きに僅かに凸の傾斜面を有するペントルーフ型の形状を有している。燃焼室天井面6Uには、吸気ポート9の下流端である吸気側開口と、排気ポート10の上流端である排気側開口とが形成されている。シリンダヘッド4には、前記吸気側開口を開閉する吸気バルブ11と、前記排気側開口を開閉する排気バルブ12とが組み付けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. The bottom surface of the cylinder head 4 is a combustion chamber ceiling surface 6U, and the combustion chamber ceiling surface 6U has a pent roof shape having a slightly upwardly inclined surface. In the ceiling surface 6U of the combustion chamber, an intake side opening which is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening which is an upstream end of the exhaust port 10 are formed. An intake valve 11 for opening and closing the intake side opening and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust side opening are assembled to the cylinder head 4.

吸気バルブ11及び排気バルブ12は、いわゆるポペットバルブである。吸気バルブ11は、吸気ポート9の開口を開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。同様に、排気バルブ12は、排気ポート10の開口を開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。吸気バルブ11及び排気バルブ12の前記弁体の各々は、燃焼室6に臨むバルブ面を有する。なお、エンジン本体1は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり(図6参照)、前記吸気側開口及び排気側開口は、各気筒2につき2つずつ設けられるとともに、吸気バルブ11及び排気バルブ12も2つずつ設けられている。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves. The intake valve 11 includes an umbrella-shaped valve element that opens and closes the opening of the intake port 9 and a stem that extends vertically from the valve element. Similarly, the exhaust valve 12 includes an umbrella-shaped valve element that opens and closes the opening of the exhaust port 10 and a stem that extends vertically from the valve element. Each of the valve bodies of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 has a valve surface facing the combustion chamber 6. The engine body 1 is a double overhead camshaft type (DOHC) engine (see FIG. 6). The intake side opening and the exhaust side opening are provided two by two for each cylinder 2, and the intake valve 11 and the exhaust Two valves 12 are also provided.

燃焼室6の底面は、ピストン5の冠面50によって区画されている。冠面50には、キャビティ5Cが凹設されている。キャビティ5Cは、上面視で略円形の形状を有し、燃焼室6の径方向Bにおいて冠面50の中央領域に、下方に凹没するように形成されている。キャビティ5Cの径方向Bの外側には、スキッシュ生成面51が備えられている。スキッシュ生成面51は、ペントルーフ型の燃焼室天井面6Uと平行な平面からなり、両者間の間隙は径方向Bにおいて略一定である。なお、冠面50の表面は、断熱層5Hによってコーティングされている。   The bottom surface of the combustion chamber 6 is defined by a crown surface 50 of the piston 5. A cavity 5 </ b> C is provided in the crown surface 50. The cavity 5 </ b> C has a substantially circular shape in a top view, and is formed to be recessed downward in a central region of the crown surface 50 in the radial direction B of the combustion chamber 6. A squish generation surface 51 is provided outside the cavity 5C in the radial direction B. The squish generation surface 51 is formed of a plane parallel to the pent roof type combustion chamber ceiling surface 6U, and the gap therebetween is substantially constant in the radial direction B. In addition, the surface of the crown 50 is coated with the heat insulating layer 5H.

本実施形態において、燃焼室6を区画する燃焼室壁面は、気筒2の内壁面、ピストン5の冠面50、冠面50と対向する燃焼室天井面6U、及び、吸気バルブ11及び排気バルブ12の各バルブ面からなる。また、本実施形態のエンジン本体1の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積との比は、13以上35以下(例えば20程度)の高圧縮比に設定されている。   In the present embodiment, the combustion chamber wall surface that partitions the combustion chamber 6 includes an inner wall surface of the cylinder 2, a crown surface 50 of the piston 5, a combustion chamber ceiling surface 6 </ b> U opposed to the crown surface 50, an intake valve 11 and an exhaust valve 12. Of each valve surface. The geometric compression ratio of the engine body 1 of the present embodiment, that is, the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center. Is set to a high compression ratio of 13 or more and 35 or less (for example, about 20).

シリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気に強制点火するための点火プラグ13(強制着火源)が、各気筒2につき1つずつ装着されている。点火プラグ13は、火花を放電して混合気に点火エネルギーを付与する電極を備えた着火部13Aを有する。この着火部13Aが燃焼室6内に突出して配置される態様で、点火プラグ13はシリンダヘッド4に取り付けられている。本実施形態において着火部13Aは、燃焼室6において吸気ポート9が配置される側を吸気側、排気ポート10が配置される側を排気側とするとき、前記吸気側に偏在して配置されている点に特徴を有する。この点については、後記で詳述する。   An ignition plug 13 (forced ignition source) for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is mounted on the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The ignition plug 13 has an ignition portion 13A provided with an electrode that discharges a spark and gives ignition energy to the air-fuel mixture. The ignition plug 13 is attached to the cylinder head 4 in such a manner that the ignition portion 13A projects into the combustion chamber 6. In the present embodiment, when the side where the intake port 9 is disposed in the combustion chamber 6 is the intake side and the side where the exhaust port 10 is disposed in the combustion chamber 6 is the exhaust side, the ignition portion 13A is unevenly disposed on the intake side. Is characterized by This will be described in detail later.

シリンダヘッド4(燃焼室天井面6U)には、燃焼室6内に燃料を噴射するインジェクタ14(燃料噴射弁)が、各気筒2につき1つずつ取り付けられている。インジェクタ14には図略の燃料供給管が接続され、インジェクタ14は、前記燃料供給管を通して供給された燃料を燃焼室6に噴射する外開弁式のインジェクタであって、当該インジェクタ14の下端には、ホロコーン噴霧を形成する燃料噴射口を有するヘッド部14Aが備えられている。本実施形態ではインジェクタ14は、気筒軸方向Aに沿い、ヘッド部14Aが径方向Bの中心において燃焼室6内に突出するように、シリンダヘッド4に組み付けられている。図2において噴射燃料Fを模式的に示しているように、ヘッド部14Aは、燃焼室6の径方向Bの中心領域、つまりピストン5のキャビティ5Cに向けて燃料を噴射する。   An injector 14 (fuel injection valve) for injecting fuel into the combustion chamber 6 is mounted on the cylinder head 4 (combustion chamber ceiling surface 6U), one for each cylinder 2. A fuel supply pipe (not shown) is connected to the injector 14, and the injector 14 is an external valve-type injector that injects fuel supplied through the fuel supply pipe into the combustion chamber 6, and is provided at a lower end of the injector 14. Is provided with a head portion 14A having a fuel injection port for forming a hollow cone spray. In the present embodiment, the injector 14 is assembled to the cylinder head 4 such that the head portion 14A projects into the combustion chamber 6 at the center in the radial direction B along the cylinder axis direction A. As schematically shown in FIG. 2, the injected fuel F is injected by the head portion 14 </ b> A toward the center region of the combustion chamber 6 in the radial direction B, that is, toward the cavity 5 </ b> C of the piston 5.

シリンダヘッド4には、吸気バルブ11、排気バルブ12を各々駆動する吸気側動弁機構15、排気側動弁機構16が配設されている(図1)。これら動弁機構15、16によりクランク軸7の回転に連動して、各吸気バルブ11及び排気バルブ12が駆動される。これら吸気バルブ11及び排気バルブ12の駆動により、吸気バルブ11の弁体が吸気ポート9の開口を開閉し、排気バルブ12の弁体が排気ポート10の開口を開閉する。   The cylinder head 4 is provided with an intake-side valve operating mechanism 15 and an exhaust-side valve operating mechanism 16 that respectively drive the intake valve 11 and the exhaust valve 12 (FIG. 1). The intake valves 11 and the exhaust valves 12 are driven by the valve mechanisms 15 and 16 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, the valve element of the intake valve 11 opens and closes the opening of the intake port 9, and the valve element of the exhaust valve 12 opens and closes the opening of the exhaust port 10.

吸気通路20には、吸気流の上流側から順に、吸気を清浄化するエアクリーナ21と、吸気通路20を開閉するためのスロットルバルブ22とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ22は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持される。エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ、スロットルバルブ22が閉弁されて吸気通路20を遮断する。   The intake passage 20 is provided with an air cleaner 21 for purifying the intake air and a throttle valve 22 for opening and closing the intake passage 20 in order from the upstream side of the intake flow. In the present embodiment, during operation of the engine, the throttle valve 22 is basically kept fully open or at an opening close to this. Only under limited operating conditions such as when the engine is stopped, the throttle valve 22 is closed to shut off the intake passage 20.

排気通路30には、排気を浄化するための浄化装置31が設けられている。浄化装置31は、例えば、三元触媒を内蔵している。   A purification device 31 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 30. The purifying device 31 includes, for example, a three-way catalyst.

EGR装置40は、吸気通路20のうちスロットルバルブ22よりも下流側の部分と、排気通路30のうち浄化装置31よりも上流側の部分とを連通するEGR通路41を有する。さらにEGR装置40は、EGR通路41を開閉するEGRバルブ42と、EGR通路41を通過するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ43とを備える。EGR通路41を通して還流されるEGRガスは、EGRクーラ43にて冷却された後に吸気通路20に向かう。   The EGR device 40 has an EGR passage 41 that communicates a portion of the intake passage 20 downstream of the throttle valve 22 and a portion of the exhaust passage 30 upstream of the purification device 31. Further, the EGR device 40 includes an EGR valve 42 for opening and closing the EGR passage 41, and an EGR cooler 43 for cooling EGR gas passing through the EGR passage 41. The EGR gas recirculated through the EGR passage 41 is cooled by the EGR cooler 43 before going to the intake passage 20.

[制御構成]
図3は、前記エンジンシステムの制御構成を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール)100によって統括的に制御される。PCM100は、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
[Control configuration]
FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the engine system. The engine system of the present embodiment is totally controlled by a PCM (power train control module) 100. The PCM 100 is a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

前記エンジンシステムが搭載される車両には各種センサが設けられており、PCM100はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック3には、エンジン回転数を検出するクランク角センサSN1が設けられている。また、吸気通路20を通って各気筒2に吸入される空気量を検出するエアフローセンサSN2が設けられている。さらに、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサSN3が設けられている。   The vehicle on which the engine system is mounted is provided with various sensors, and the PCM 100 is electrically connected to these sensors. For example, the cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 for detecting the engine speed. Further, an air flow sensor SN2 for detecting an amount of air taken into each cylinder 2 through the intake passage 20 is provided. Further, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SN3 for detecting an opening of an accelerator pedal (accelerator opening) (not shown) operated by the driver.

PCM100は、これらセンサSN1〜SN3及び他のセンサからの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、点火プラグ13、インジェクタ14、スロットルバルブ22及びEGRバルブ42を含むエンジンの各部を制御する。   The PCM 100 executes various calculations based on input signals from these sensors SN1 to SN3 and other sensors to control each part of the engine including the spark plug 13, the injector 14, the throttle valve 22, and the EGR valve 42.

PCM100は、機能的に着火制御部101を備えている。着火制御部101は、点火プラグ13の着火タイミング、すなわち着火部13Aが混合気に強制着火するタイミングを制御する。本実施形態のエンジン本体1は、ガソリンを含む燃料を空気と混合しつつ自着火させる予混合圧縮着火燃焼を行うものであって、点火プラグ13で混合気の着火をアシストする燃焼方式が採られる。すなわち、燃焼室6内の混合気に強制着火を行い火炎伝播による燃焼(SI燃焼)を行わせ、このSI燃焼により発生する熱によって燃焼室6内の未燃混合気を自着火により燃焼(CI燃焼)させる複合燃焼方式(SI+CI燃焼)が実行される。着火制御部101は、点火プラグ13による着火アシストのタイミングを制御する。   The PCM 100 functionally includes an ignition control unit 101. The ignition control unit 101 controls the ignition timing of the ignition plug 13, that is, the timing at which the ignition unit 13A forcibly ignites the air-fuel mixture. The engine body 1 of the present embodiment performs premixed compression ignition combustion in which fuel including gasoline is mixed with air and self-ignites, and employs a combustion method in which the ignition plug 13 assists the ignition of the mixture. . That is, the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is forcibly ignited to perform combustion by flame propagation (SI combustion), and the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is self-ignited by the heat generated by the SI combustion (CI). Combustion) (SI + CI combustion) is performed. The ignition control unit 101 controls the timing of ignition assist by the ignition plug 13.

図4は、エンジン本体1における燃料噴射及び強制着火のタイミングと及び熱発生率dQとの関係を示すタイムチャートである。図4では、インジェクタ14からの燃料噴射F1が、圧縮行程の中期に行われる例を示している。燃料噴射タイミングや噴射量(インジェクタ14のリフト量)は、エンジン回転数やエンジン負荷等に応じて変更しても良い。例えば、圧縮行程において複数回に分けて燃料噴射を行わせる、或いは吸気行程に一部の燃料噴射を行わせるようにしても良い。   FIG. 4 is a time chart showing the relationship between the timing of fuel injection and forced ignition in the engine body 1 and the heat release rate dQ. FIG. 4 shows an example in which the fuel injection F1 from the injector 14 is performed in the middle stage of the compression stroke. The fuel injection timing and the injection amount (the lift amount of the injector 14) may be changed according to the engine speed, the engine load, and the like. For example, the fuel injection may be performed a plurality of times in the compression stroke, or a part of the fuel injection may be performed in the intake stroke.

着火制御部101は、圧縮上死点(TDC)よりも前のタイミングで燃焼室6内の混合気に強制着火するよう、点火プラグ13を制御する。図4では、TDCよりも僅かに進角側のタイミングにおいて、強制着火(着火アシスト)が実行されている例を示している。なお、エンジン本体1が特定の運転条件にあるとき、例えば低回転低負荷の運転領域にあるときには、前記着火アシストを実行しないようにしても良い。   The ignition control unit 101 controls the ignition plug 13 so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is forcibly ignited at a timing before the compression top dead center (TDC). FIG. 4 shows an example in which forced ignition (ignition assist) is executed at a timing slightly advanced from TDC. The ignition assist may not be executed when the engine body 1 is in a specific operating condition, for example, when the engine body 1 is in a low-rotation low-load operation region.

図5(A)は、燃焼室6内における混合気の形成状況を示す断面図である。上述の通り、インジェクタ14は、ピストン5のキャビティ5Cに向けて燃料を噴射する。PCM100は、前記噴射の噴射圧(リフト量)を、ヘッド部14Aからの燃料噴霧のペネトレーションがキャビティ5Cの底部まで届かない程度の強さに設定する。なお、図5(A)では、次述の本実施形態(図6、図7)における点火プラグ13の配置との対比のため、インジェクタ14に隣接するように点火プラグ13が燃焼室天井面6Uの中心付近に配置されている例を示している。   FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state of formation of an air-fuel mixture in the combustion chamber 6. As described above, the injector 14 injects fuel toward the cavity 5C of the piston 5. The PCM 100 sets the injection pressure (lift amount) of the injection to such an intensity that the penetration of the fuel spray from the head portion 14A does not reach the bottom of the cavity 5C. In FIG. 5A, for comparison with the arrangement of the spark plug 13 in the present embodiment (FIGS. 6 and 7) described below, the spark plug 13 The example shown in FIG.

これにより、図5(A)に示すように、混合気は、キャビティ5C内(燃焼室6の中央部)に限定的に形成される。それゆえ、この限定的な混合気層は、新たな吸気を含む空気層で囲まれるようになり、いわゆる燃料分布の成層化が達成される。このような成層化によって、混合気層とキャビティ5Cの壁面(燃焼室壁面)との間には空気層が形成される。かかる空気層の形成は、混合気の燃焼ガスが燃焼室壁面と直接接触する面積を減少させることに繋がるので、冷却損失を低減することができる。   Thereby, as shown in FIG. 5A, the air-fuel mixture is formed only in the cavity 5C (at the center of the combustion chamber 6). Therefore, this limited gas-fuel mixture layer is surrounded by an air layer containing new intake air, and a so-called stratification of the fuel distribution is achieved. By such stratification, an air layer is formed between the air-fuel mixture layer and the wall surface (combustion chamber wall surface) of the cavity 5C. The formation of such an air layer leads to a reduction in the area where the combustion gas of the air-fuel mixture comes into direct contact with the wall surface of the combustion chamber, so that the cooling loss can be reduced.

図5(B)は燃焼室6内におけるSI+CI燃焼の態様を示す平面図である。ここでは、後述する筒内流動(タンブル流及びスキッシュ流)の影響を考慮しない、基本的な燃焼の態様を示す。燃焼室6内では、燃焼初期にSI燃焼が生じ、燃焼後期にCI燃焼が生じる。SI燃焼は、燃焼室6の中央側領域R1(キャビティ5Cの形成領域)で発生し、CI燃焼は、中央側領域R1の周囲の外周側領域R2で発生する。   FIG. 5B is a plan view showing an aspect of SI + CI combustion in the combustion chamber 6. Here, a basic combustion mode is described, which does not consider the influence of in-cylinder flow (tumble flow and squish flow) described later. In the combustion chamber 6, SI combustion occurs at an early stage of combustion, and CI combustion occurs at a later stage of combustion. SI combustion occurs in the central region R1 (the region where the cavity 5C is formed) of the combustion chamber 6, and CI combustion occurs in the outer peripheral region R2 around the central region R1.

すなわち、図5(A)に示したように、混合気はキャビティ5C内に限定的に形成される。この混合気に曝されている点火プラグ13の着火部13Aにおいて放電を発生させることで、着火部13A周りの混合気が強制的に着火される。この着火点を起点として、火炎伝播による燃焼がキャビティ5C内に生じる(SI燃焼)。筒内流動の影響がなければ、火炎伝播は燃焼室6内の全方位に均質に拡がり、中央側領域R1がSI燃焼によって燃焼することになる。このSI燃焼により発生する熱によって燃焼室6内は昇温され、外周側領域R2が未燃混合気の自着火により燃焼する(CI燃焼)。   That is, as shown in FIG. 5A, the air-fuel mixture is limitedly formed in the cavity 5C. By generating a discharge at the ignition portion 13A of the ignition plug 13 exposed to the air-fuel mixture, the air-fuel mixture around the ignition portion 13A is forcibly ignited. Starting from this ignition point, combustion due to flame propagation occurs in the cavity 5C (SI combustion). If there is no influence of the in-cylinder flow, the flame spreads uniformly in all directions in the combustion chamber 6, and the central region R1 burns by SI combustion. The temperature inside the combustion chamber 6 is increased by the heat generated by the SI combustion, and the outer peripheral region R2 is burned by self-ignition of the unburned air-fuel mixture (CI combustion).

以上が、SI+CI燃焼の基本動作であるが、燃焼室6内の筒内流動によって、SI燃焼における火炎伝播が燃焼室6の全方位に均質に拡がらない場合がある。すなわち、図5(A)に示すように、キャビティ5C内に混合気を成層化した場合でも、筒内流動によって火炎の伝播方向が偏在してしまうことがある。この場合、燃焼室6内においてCI燃焼に基づく自着火が生じる領域が増加し、当該自着火による熱発生量が過度になって、燃焼騒音が大きくなったり、異常燃焼が発生したりする不具合が生じる。本実施形態では、この不具合の解消のため、燃焼室6内における着火部13Aの配置位置に工夫を施している。以下、この点について詳述する。   The above is the basic operation of the SI + CI combustion. However, the flame propagation in the SI combustion may not uniformly spread in all directions of the combustion chamber 6 due to the in-cylinder flow in the combustion chamber 6. That is, as shown in FIG. 5A, even when the air-fuel mixture is stratified in the cavity 5C, the propagation direction of the flame may be unevenly distributed due to the in-cylinder flow. In this case, the region in which self-ignition based on CI combustion occurs in the combustion chamber 6 increases, and the amount of heat generated by the self-ignition becomes excessive, resulting in a problem that combustion noise increases or abnormal combustion occurs. Occurs. In the present embodiment, in order to solve this problem, the location of the ignition portion 13A in the combustion chamber 6 is devised. Hereinafter, this point will be described in detail.

[着火部の配置位置について]
図6は、ピストン5の冠面50の上面視の平面図であって、着火部13Aのレイアウトを説明するための図である。本実施形態の燃焼室6においては、図6中に点線で示すように、燃焼室天井面6Uに吸気ポート9及び排気ポート10が各々2個ずつ開口されている。詳しくは、ペントルーフ型の燃焼室天井面6Uの稜線(冠面50の稜線部54に対向する部分)を境にして、図6の右方側に2つの吸気ポート9A、9Bが前記稜線方向に間隔をおいて配置され、左方側に2つの排気ポート10A、10Bが前記稜線方向に間隔をおいて配置されている。ここで、燃焼室6において吸気ポート9A、9Bが配置される側を吸気側、排気ポート10A、10Bが配置される側を排気側とする。
[About the position of the ignition part]
FIG. 6 is a plan view of the crown surface 50 of the piston 5 as viewed from above, and is a diagram for explaining the layout of the ignition portion 13A. In the combustion chamber 6 of the present embodiment, as shown by a dotted line in FIG. 6, two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are respectively opened in the combustion chamber ceiling surface 6U. Specifically, two intake ports 9A and 9B are provided on the right side of FIG. 6 in the direction of the ridge line with respect to the ridge line (the portion facing the ridge line portion 54 of the crown surface 50) of the pent roof type combustion chamber ceiling surface 6U. The two exhaust ports 10A and 10B are arranged on the left side at an interval in the ridge direction. Here, in the combustion chamber 6, the side where the intake ports 9A and 9B are disposed is referred to as an intake side, and the side where the exhaust ports 10A and 10B are disposed is referred to as an exhaust side.

冠面50においてキャビティ5Cは径方向Bの中央領域に配置され、キャビティ5Cの外周を区画する外周縁5Eは上面視で略円形である。吸気ポート9A、9B及び排気ポート10A、10Bの内側の一部と、キャビティ5Cの外周縁5E付近の一部とは、気筒軸方向Aにおいて重なっている。スキッシュ生成面51は、2つの吸気ポート9A、9Bの間において、外周縁5Eから冠面50の径方向Bの外側に向けて延出する平面である。スキッシュ生成面51の周方向幅は、外周縁5Eからの延び出し部である基部51Eの付近(2つの吸気ポート9A、9Bが最接近する付近)において最も狭く、径方向Bの外側に向かうに連れて幅広となっている。スキッシュ生成面51がこのような形状となるのは、冠面50の吸気ポート9A、9Bと対向する領域に、バルブリセスが凹設されるからでもある。なお、2つの排気ポート10A、10B間にも同様なスキッシュ生成面が存在するが、図6では記載を省いている。   In the crown surface 50, the cavity 5C is arranged in a central region in the radial direction B, and an outer peripheral edge 5E that defines the outer periphery of the cavity 5C is substantially circular in a top view. Part of the inside of the intake ports 9A and 9B and part of the inside of the exhaust ports 10A and 10B and part of the vicinity of the outer peripheral edge 5E of the cavity 5C overlap in the cylinder axial direction A. The squish generation surface 51 is a plane extending outward from the outer peripheral edge 5E in the radial direction B of the crown surface 50 between the two intake ports 9A and 9B. The circumferential width of the squish generation surface 51 is narrowest in the vicinity of the base 51 </ b> E, which is a portion extending from the outer peripheral edge 5 </ b> E (near where the two intake ports 9 </ b> A, 9 </ b> B come closest), and goes outward in the radial direction B. It has become wider. The reason why the squish generation surface 51 has such a shape is that a valve recess is provided in a region of the crown surface 50 facing the intake ports 9A and 9B. A similar squish generation surface exists between the two exhaust ports 10A and 10B, but is not shown in FIG.

上記のような燃焼室6の構造において、インジェクタ14のヘッド部14Aは径方向Bの中心付近に配置されているが、点火プラグ13の着火部13Aは、吸気側に偏在して配置されている。より詳しくは、気筒軸方向Aに沿った平面視において、キャビティ5Cの外周縁5Eの内側近傍であって、2つの吸気ポート9A、9Bの間に配置されている。スキッシュ生成面51との関係では、基部51Eの径方向B内側に隣接するように、着火部13Aが配置されている。この配置は、基部51Eが、後述するスキッシュ流Sqのキャビティ5C上への噴き出し領域となることに鑑みた配置である。   In the structure of the combustion chamber 6 as described above, the head portion 14A of the injector 14 is arranged near the center in the radial direction B, but the ignition portion 13A of the ignition plug 13 is unevenly arranged on the intake side. . More specifically, in a plan view along the cylinder axis direction A, it is located near the inside of the outer peripheral edge 5E of the cavity 5C and between the two intake ports 9A and 9B. In relation to the squish generation surface 51, the ignition portion 13A is arranged so as to be adjacent to the inside of the base portion 51E in the radial direction B. This arrangement is an arrangement in view of the fact that the base portion 51E serves as a region for ejecting the squish flow Sq described later onto the cavity 5C.

図7は、燃焼室6の気筒軸方向Aに沿った断面図である。キャビティ5Cは、底部52と、この底部52から外周縁5Eに向けて立ち上がる斜面部53とを備えている。既述の通り、スキッシュ生成面51は外周縁5Eから冠面50の径方向Bの外側に向けて延出する平面である。図7では、点火プラグ13の着火部13Aの位置を、模式的に丸印で示している。この位置は、強制着火点となる位置、すなわち火花放電が起きる着火部13Aの電極間の位置に相当する。着火部13Aは、外周縁5Eの内側に隣接し、且つ、スキッシュ生成面51の径方向B内側への延長線51aよりも上方の位置に配置されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the combustion chamber 6 along the cylinder axis direction A. The cavity 5C has a bottom 52 and a slope 53 rising from the bottom 52 toward the outer peripheral edge 5E. As described above, the squish generation surface 51 is a plane extending outward from the outer peripheral edge 5E in the radial direction B of the crown surface 50. In FIG. 7, the position of the ignition portion 13A of the ignition plug 13 is schematically indicated by a circle. This position corresponds to a position serving as a forced ignition point, that is, a position between the electrodes of the ignition portion 13A where a spark discharge occurs. The ignition portion 13A is disposed adjacent to the inside of the outer peripheral edge 5E and above the extension line 51a of the squish generation surface 51 inward in the radial direction B.

図6及び図7に示す着火部13Aの配置位置は一例であり、着火部13Aはこれらの図に示す合流領域Mに配置されていれば良い。合流領域Mは、圧縮行程後期において、キャビティ5Cに沿って流れるタンブル流Tuと、スキッシュ生成面51に沿って流れるスキッシュ流Sqとが合流する領域である。これは、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとを利用して、吸気側に偏在した位置にある着火部13Aを起点として発生する火炎伝播を、キャビティ5Cの径方向B中央部に指向させることを企図したものである。   The arrangement position of the ignition portion 13A shown in FIGS. 6 and 7 is an example, and the ignition portion 13A only needs to be arranged in the merging area M shown in these drawings. The merge area M is an area where the tumble flow Tu flowing along the cavity 5C and the squish flow Sq flowing along the squish generation surface 51 merge in the latter half of the compression stroke. This intends to use the tumble flow Tu and the squish flow Sq to direct the flame propagation generated from the ignition portion 13A located at a position unevenly distributed on the intake side toward the center in the radial direction B of the cavity 5C. It was done.

図8を参照して、燃焼室6で発生する筒内流動について説明する。図8(A)は、吸気行程における筒内流動を示す、エンジン本体1の気筒軸方向Aの断面図である。吸気バルブ11が開弁を開始すると共にピストン5が下降すると、吸気ポート9から燃焼室6内に勢いよく吸気が流れ込む。具体的には、吸気ポート9から燃焼室6の排気側寄りの部分に向かって吸気が流れ込む。これにより、気筒軸方向Aと直交する方向を回転軸とするタンブル流Tuが燃焼室6内に発生する。タンブル流Tuは、キャビティ5Cに沿って流れ、燃焼室天井面6Uへ向かう。   The in-cylinder flow generated in the combustion chamber 6 will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a cross-sectional view in the cylinder axial direction A of the engine body 1 showing the in-cylinder flow during the intake stroke. When the intake valve 11 starts to open and the piston 5 descends, the intake air rushes into the combustion chamber 6 from the intake port 9. Specifically, intake air flows from the intake port 9 toward a portion of the combustion chamber 6 closer to the exhaust side. As a result, a tumble flow Tu having a rotation axis in a direction orthogonal to the cylinder axis direction A is generated in the combustion chamber 6. The tumble flow Tu flows along the cavity 5C and goes to the combustion chamber ceiling surface 6U.

図8(B)は、圧縮行程後期における筒内流動を示している。ピストン5の上昇に伴ってタンブル流Tuは徐々に消失して行くが、圧縮行程後期においてもタンブル流Tuが残存している。図7も参照して、この残存タンブル流Tuは、キャビティ5Cの底部52に沿って流れ、斜面部53において立ち上がり、その後に燃焼室天井面6Uに沿って燃焼室6の径方向Bの中心に向かう流動となる。これに加え、スキッシュ生成面51にはスキッシュ流Sqが発生する。スキッシュ流Sq(正スキッシュ流)は、スキッシュ生成面51と燃焼室天井面6Uとの間に存在する気体が、ピストン5の上昇によって行き場を失い、径方向Bの外側からキャビティ5Cに向かって噴き出すように流れる筒内流動である。   FIG. 8B shows the in-cylinder flow in the latter half of the compression stroke. The tumble flow Tu gradually disappears with the rise of the piston 5, but the tumble flow Tu remains in the latter half of the compression stroke. Referring to FIG. 7 as well, this remaining tumble flow Tu flows along the bottom 52 of the cavity 5C, rises at the slope 53, and then along the combustion chamber ceiling surface 6U at the center in the radial direction B of the combustion chamber 6. It becomes a heading flow. In addition, a squish flow Sq is generated on the squish generation surface 51. In the squish flow Sq (forward squish flow), the gas existing between the squish generation surface 51 and the combustion chamber ceiling surface 6U loses its place due to the rise of the piston 5 and blows out from the outside in the radial direction B toward the cavity 5C. Is the flow in a cylinder.

合流領域Mは、上記のようにして発生するタンブル流Tuとスキッシュ流Sqとが合流する領域である。具体的には合流領域Mは、図7で一点鎖線の囲み線で示すように、気筒軸方向Aに沿った断面視において、スキッシュ生成面51が延出するキャビティ5Cの外周縁5E部分よりも径方向内側であって、前記斜面部53の上方部分に隣接する領域である。また、図6に示すように合流領域Mは、気筒軸方向Aの平面視において、外周縁5E部分よりも径方向内側であって、2つの排気ポート10A、10B間の領域である。この領域は、吸排気2弁構成(4バルブ式)を採用する燃焼室6において、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとが自ずと合流する領域である。   The merge area M is an area where the tumble flow Tu and the squish flow Sq generated as described above merge. Specifically, as shown by a dashed-dotted line in FIG. 7, the merging region M is closer to the outer peripheral edge 5E of the cavity 5C where the squish generation surface 51 extends in a cross-sectional view along the cylinder axis direction A. This is a region that is radially inside and is adjacent to the upper portion of the slope portion 53. As shown in FIG. 6, the merging region M is a region radially inside the outer peripheral edge 5 </ b> E and between the two exhaust ports 10 </ b> A and 10 </ b> B in a plan view in the cylinder axial direction A. This region is a region where the tumble flow Tu and the squish flow Sq naturally join together in the combustion chamber 6 adopting the intake / exhaust two-valve configuration (four-valve type).

本実施形態では、点火プラグ13の着火部13Aが、図7に示すように、合流領域M内であって、スキッシュ生成面51に沿ったラインをキャビティ5Cへ延長した延長線51aよりも上側の領域に配置されている例を示している。この領域は、圧縮行程後期において、スキッシュ流Sqがスキッシュ生成面51からキャビティ5Cへの噴き出しが起きる領域であり、且つ、タンブル流Tuが斜面部53に沿ってせり上がってスキッシュ流Sqと衝突する領域である。このような着火部13Aの配置は、好ましい一例ではあるが、図7で点線にて示すように、圧縮行程後期において、延長線51aよりも下側(つまりキャビティ5C内)であって、斜面部53の上方部分に対して接触しない程度に隣接した位置に、着火部13Aを配置しても良い。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the ignition portion 13A of the ignition plug 13 is located within the confluence region M and above the extension line 51a extending the line along the squish generation surface 51 to the cavity 5C. The example which is arrange | positioned in the area | region is shown. This region is a region where the squish flow Sq blows out from the squish generation surface 51 to the cavity 5C in the latter half of the compression stroke, and the tumble flow Tu rises along the slope 53 and collides with the squish flow Sq. Area. Although such an arrangement of the ignition portion 13A is a preferable example, as shown by a dotted line in FIG. 7, in a later stage of the compression stroke, the ignition portion 13A is located below the extension line 51a (that is, in the cavity 5C) and has a slope portion. The ignition portion 13A may be arranged at a position adjacent to the upper portion of the 53 so as not to contact the upper portion.

[着火部を偏在させる理由について]
続いて、着火部13Aを吸気側に偏在した位置に配置させる理由について説明する。先ずは、図9(A)及び(B)を参照して、比較例について説明する。比較例では、燃焼室6の径方向Bの中心付近に着火部13AXが配置されている。既述の通り、圧縮行程の後期において燃焼室6には、タンブル流Tuが残存し、しかもスキッシュ流Sqが発生する。このような筒内流動が存在している状態で、着火部13AXが混合気に強制着火すると、その後の火炎伝播は、前記筒内流動によって流されて、排気側に偏った方向に進展する傾向が出てしまう。
[Reasons for uneven distribution of ignition parts]
Next, the reason why the ignition portion 13A is arranged at a position unevenly distributed on the intake side will be described. First, a comparative example will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. In the comparative example, the ignition section 13AX is arranged near the center of the combustion chamber 6 in the radial direction B. As described above, the tumble flow Tu remains in the combustion chamber 6 in the latter half of the compression stroke, and the squish flow Sq is generated. When the ignition portion 13AX forcibly ignites the air-fuel mixture in a state where such an in-cylinder flow exists, the subsequent flame propagation tends to flow by the in-cylinder flow and progress in a direction biased toward the exhaust side. Comes out.

すなわち、キャビティ5C内に混合気が均質に成層されている場合でも(図5(A)参照)、また、燃焼室6全体に混合気が均質に形成されている場合でも、強制着火によってSI燃焼が生じる火炎伝播ゾーンR11は、燃焼室6の全方位に均等には拡がらず、排気側に偏在するようになる。また、排気側に流される結果として、火炎伝播ゾーンR11自体が狭小となる。このような火炎伝播ゾーンR11を除いた残部が、未燃の混合気によってCI燃焼が生じるエンドガスゾーンR12となる。このエンドガスゾーンR12も、燃焼室6の径方向中心に対して偏心して円環状の領域となる。具体的には、火炎伝播ゾーンR11自体が狭小となる結果としてエンドガスゾーンR12が広くなり、しかも排気側が狭くなるものの吸気側が広範化するように偏ったエンドガスゾーンR12となる。この場合、とりわけ吸気側のエンドガスゾーンR12において自着火による大きな熱量が発生し、SI燃焼による熱発生量よりもCI燃焼による熱発生量の方が多くなる傾向が出る。このことは、燃焼騒音の悪化や異常燃焼の問題を招来する。   That is, even when the air-fuel mixture is homogeneously stratified in the cavity 5C (see FIG. 5A), or even when the air-fuel mixture is uniformly formed in the entire combustion chamber 6, the SI combustion is performed by forced ignition. Occurs in the flame propagation zone R11, which does not spread evenly in all directions of the combustion chamber 6, but is unevenly distributed on the exhaust side. In addition, as a result of flowing to the exhaust side, the flame propagation zone R11 itself becomes narrow. The remainder excluding the flame propagation zone R11 becomes an end gas zone R12 in which CI combustion is caused by the unburned air-fuel mixture. This end gas zone R12 is also eccentric with respect to the radial center of the combustion chamber 6 to form an annular region. Specifically, the end gas zone R12 becomes wider as a result of the flame propagation zone R11 itself becoming narrower, and the end gas zone R12 is biased so that the exhaust side becomes narrower but the intake side becomes wider. In this case, a large amount of heat is generated by self-ignition particularly in the end gas zone R12 on the intake side, and the amount of heat generated by CI combustion tends to be larger than the amount of heat generated by SI combustion. This leads to problems such as deterioration of combustion noise and abnormal combustion.

図10(A)及び(B)は、本実施形態における着火部13Aの配置において生成される火炎伝播ゾーンR11、エンドガスゾーンR12を示す図である。本実施形態では着火部13Aは、燃焼室6内において吸気側に偏在して配置されている。着火部13Aが混合気に強制着火すると、タンブル流Tu及びスキッシュ流Sqが合流した筒内流動によって、火炎伝播は排気側に偏って進展する点は比較例と同じである。しかし、着火部13Aが吸気側に偏在しているので、前記偏った進展の結果として形成される火炎伝播ゾーンR11は、燃焼室6の全方位に均等に拡がったものとなる。   FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a flame propagation zone R11 and an end gas zone R12 generated in the arrangement of the ignition section 13A in the present embodiment. In the present embodiment, the ignition portion 13A is arranged unevenly on the intake side in the combustion chamber 6. When the ignition portion 13A forcibly ignites the air-fuel mixture, the flame propagation is biased toward the exhaust side due to the in-cylinder flow where the tumble flow Tu and the squish flow Sq are combined, which is the same as the comparative example. However, since the ignition portion 13A is unevenly distributed on the intake side, the flame propagation zone R11 formed as a result of the uneven progress is uniformly spread in all directions of the combustion chamber 6.

しかも、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとが合流する筒内流動の強い箇所が着火部13Aによる強制着火位置となるため、その後の火炎伝播の進展が促進され、SI燃焼によって燃焼される混合気量が多くなる。すなわち、図9(B)の比較例のように、燃焼室6の径方向中央部から排気側に押し遣られるように進展する火炎伝播に比べて、本実施形態では図10(B)に示すように、燃焼室6の中央領域に広範に火炎伝播ゾーンR11が形成される。その結果、エンドガスゾーンR12は、燃焼室6の径方向中心と概ね同心で、幅の狭い円環状の領域となる。従って、エンドガスゾーンR12においてCI燃焼により発生する熱量は比較的小さく、SI燃焼による熱発生量の方がCI燃焼による熱発生量よりも多くなる傾向が出る。このことは、燃焼騒音や異常燃焼の抑制に貢献する。   In addition, the point of strong in-cylinder flow where the tumble flow Tu and the squish flow Sq join is the forced ignition position by the ignition portion 13A, so that the progress of the subsequent flame propagation is promoted, and the amount of air-fuel mixture burned by SI combustion Increase. That is, as compared with the flame propagation that is pushed out from the radial center portion of the combustion chamber 6 to the exhaust side as in the comparative example of FIG. 9B, FIG. Thus, the flame propagation zone R11 is formed extensively in the central region of the combustion chamber 6. As a result, the end gas zone R <b> 12 becomes a narrow annular region that is substantially concentric with the radial center of the combustion chamber 6. Therefore, the amount of heat generated by CI combustion in the end gas zone R12 is relatively small, and the amount of heat generated by SI combustion tends to be larger than the amount of heat generated by CI combustion. This contributes to suppression of combustion noise and abnormal combustion.

図11は、本実施形態における、燃焼後期の燃焼室6の状態を示す図である。この状態は、TDCからピストン5が下降を開始した直後の膨張行程初期の段階である。この段階では、キャビティ5C内の混合気がSI燃焼により燃焼し、ピストン5の下降に伴ってスキッシュ生成面51に逆スキッシュ流RSqが発生する。未燃の混合気は、逆スキッシュ流RSqによって燃焼室6の径方向外側へ向かい、このことがCI燃焼を促進することに繋がる。従って、CI燃焼は比較的短時間で終了し、燃焼期間が徒に長引くことはない。   FIG. 11 is a diagram illustrating a state of the combustion chamber 6 in a later stage of combustion in the present embodiment. This state is an initial stage of the expansion stroke immediately after the piston 5 starts descending from TDC. At this stage, the air-fuel mixture in the cavity 5C is burned by SI combustion, and a reverse squish flow RSq is generated on the squish generation surface 51 as the piston 5 descends. The unburned air-fuel mixture goes radially outward of the combustion chamber 6 by the reverse squish flow RSq, which leads to promoting CI combustion. Therefore, the CI combustion is completed in a relatively short time, and the combustion period is not prolonged unnecessarily.

図12は、比較例及び本実施形態の燃焼室6における熱発生率を示すグラフである。図12において、符号Lで示すラインは、燃焼騒音が顕著になる、及び異常燃焼の発生が顕著となる限界ラインLである。つまり、熱発生率dQ/dθが限界ラインLを超過すると、燃焼騒音、異常燃焼が許容レベルを越えることになる。   FIG. 12 is a graph showing the heat release rate in the combustion chamber 6 of the comparative example and the present embodiment. In FIG. 12, a line indicated by a symbol L is a limit line L at which the combustion noise becomes noticeable and the occurrence of abnormal combustion becomes noticeable. That is, when the heat release rate dQ / dθ exceeds the limit line L, the combustion noise and abnormal combustion exceed the allowable levels.

まず、図12中の熱発生率曲線dQ1は、予混合圧縮着火式エンジンの高負荷高回転時において、上述のSI−CI燃焼を採用しない場合に生じる過早燃焼を示している。過早燃焼では、急峻に熱発生率(燃焼圧)が上昇し燃焼期間が過度に短期間となる。熱発生率曲線dQ1におけるdQ/dθのピーク値は、限界ラインLを大きく越えている。   First, the heat release rate curve dQ1 in FIG. 12 shows premature combustion that occurs when the above-described SI-CI combustion is not employed at the time of high load and high speed of the homogeneous charge compression ignition engine. In premature combustion, the heat generation rate (combustion pressure) sharply rises, and the combustion period becomes excessively short. The peak value of dQ / dθ in the heat release rate curve dQ1 greatly exceeds the limit line L.

次に、熱発生率曲線dQ2は、図9に示した比較例に対応するものである。クランク角CA1において着火部13AXにて強制着火が実行されて火炎伝播によるSI燃焼が始まり、クランク角CA2においてCI燃焼が始まっている。上述の通り、筒内流動の影響を受けて火炎伝播は排気側に偏って進展し、火炎伝播ゾーンR11は狭小となるので、当該SI燃焼によって燃焼する燃料量は少なく、クランク角CA1〜CA2の間は緩慢な燃焼となる。その分、クランク角CA2以降のCI燃焼では、未燃の混合気が一気に燃焼する。このため、熱発生率曲線dQ2では、一応は後期重心型の燃焼特性にはなるものの、dQ/dθのピーク値は限界ラインLを超過してしまう。   Next, the heat release rate curve dQ2 corresponds to the comparative example shown in FIG. At the crank angle CA1, forced ignition is performed by the ignition unit 13AX, and SI combustion by flame propagation starts, and CI combustion starts at the crank angle CA2. As described above, under the influence of the in-cylinder flow, the flame propagation progresses toward the exhaust side, and the flame propagation zone R11 becomes narrow. Therefore, the amount of fuel combusted by the SI combustion is small, and the crank angle CA1 to CA2 Slow combustion occurs during the interval. In CI combustion after the crank angle CA2, the unburned air-fuel mixture burns at once. For this reason, in the heat release rate curve dQ2, although the combustion characteristics have a late-stage center-of-gravity type, the peak value of dQ / dθ exceeds the limit line L.

これに対し、熱発生率曲線dQ3は、図10に示した本実施形態に対応するものである。クランク角CA1において着火部13Aにて強制着火が実行されて火炎伝播によるSI燃焼が始まり、クランク角CA2よりも遅角したクランク角CA3においてCI燃焼が開始している。上述の通り、吸気側に偏在して配置された着火部13Aによって強制着火させることで、火炎伝播ゾーンR11は燃焼室6の全方位に均等に拡がるので、当該SI燃焼によって燃焼する燃料量は多くなる。このため、熱発生率曲線dQ3においてはSI燃焼の期間が長くなり、その結果急激な熱発生率dQ/dθの上昇が生じず、クランク角CA1〜CA3の間において限界ラインLを超過しない。   On the other hand, the heat release rate curve dQ3 corresponds to the present embodiment shown in FIG. At the crank angle CA1, forced ignition is performed by the ignition unit 13A, and SI combustion due to flame propagation starts, and CI combustion starts at a crank angle CA3 that is more retarded than the crank angle CA2. As described above, since the flame propagation zone R11 is evenly spread in all directions of the combustion chamber 6 by forcibly igniting by the ignition portion 13A unevenly arranged on the intake side, the amount of fuel burned by the SI combustion is large. Become. Therefore, in the heat release rate curve dQ3, the period of SI combustion becomes longer, and as a result, the heat release rate dQ / dθ does not increase sharply, and does not exceed the limit line L between the crank angles CA1 to CA3.

さらに、SI燃焼で消費される燃料量が多いので、クランク角CA3以降のCI燃焼で燃焼する燃料量は多くない。従って、当該CI燃焼においても、dQ/dθのピーク値は限界ラインLを超過することはない。しかも、逆スキッシュ流RSqによってCI燃焼が促進されるので、燃焼終点がそれほど遅角化しない。このように、熱発生率曲線dQ3では、後期重心型の燃焼特性になると共に、dQ/dθのピーク値が限界ラインLを超過しないし、燃焼期間も長期化しない。従って、本実施形態によれば、燃焼騒音及び異常燃焼を抑制し、熱効率を良好とすることができる。   Further, since the amount of fuel consumed in SI combustion is large, the amount of fuel burned in CI combustion after crank angle CA3 is not large. Therefore, also in the CI combustion, the peak value of dQ / dθ does not exceed the limit line L. Moreover, since CI combustion is promoted by the reverse squish flow RSq, the combustion end point is not so retarded. As described above, the heat release rate curve dQ3 has a late-center-of-gravity combustion characteristic, the peak value of dQ / dθ does not exceed the limit line L, and the combustion period is not prolonged. Therefore, according to the present embodiment, combustion noise and abnormal combustion can be suppressed, and thermal efficiency can be improved.

[作用効果]
以上説明した本実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジンによれば、次のような作用効果を奏する。シリンダヘッド4に組み付けられる点火プラグ13は、着火部13Aが燃焼室6の吸気側に偏在して配置される。そして、着火制御部101は、TDCよりも前のタイミングで混合気に強制着火するよう、点火プラグ13を制御する。
[Effects]
The premixed compression ignition engine according to the embodiment described above has the following functions and effects. The ignition plug 13 assembled to the cylinder head 4 has an ignition portion 13A arranged unevenly on the intake side of the combustion chamber 6. Then, the ignition control unit 101 controls the ignition plug 13 so that the air-fuel mixture is forcibly ignited at a timing before TDC.

燃焼室6の径方向Bの中心領域に混合気が形成されたとしても、強制着火で生じる火炎はタンブル流Tuやスキッシュ流Sq等の筒内流動の影響によって排気側に流され、火炎伝播が排気側に向かう方向に偏る傾向が出る。しかし、本実施形態では、燃焼室6において吸気側に偏った位置が強制着火点となり、吸気側から排気側に向かう筒内流動に乗せて火炎伝播を燃焼室6の径方向Bの中心領域へ向かわせることができる。その結果、火炎伝播ゾーンR11が排気側に偏ることが抑制され、専ら燃焼室6の径方向中心領域でSI燃焼が生じる。しかも、SI燃焼で消費される燃料量も多くなる。その後、燃焼室6の径方向Bの周辺領域でCI燃焼が生じるが、未燃の燃料量は比較的少ないので、CI燃焼による熱発生量が過度となることはない。従って、燃焼騒音の低減及び異常燃焼の抑制を図ることができる。   Even if an air-fuel mixture is formed in the central region of the combustion chamber 6 in the radial direction B, the flame generated by the forced ignition is caused to flow to the exhaust side by the influence of the in-cylinder flow such as the tumble flow Tu and the squish flow Sq. There is a tendency to bias toward the exhaust side. However, in the present embodiment, the position deviated toward the intake side in the combustion chamber 6 is the forced ignition point, and the flame propagation is directed to the central region in the radial direction B of the combustion chamber 6 by carrying the in-cylinder flow from the intake side to the exhaust side. Can be changed. As a result, the bias of the flame propagation zone R11 toward the exhaust side is suppressed, and SI combustion occurs exclusively in the radial center region of the combustion chamber 6. In addition, the amount of fuel consumed in SI combustion increases. Thereafter, CI combustion occurs in the peripheral region of the combustion chamber 6 in the radial direction B, but since the amount of unburned fuel is relatively small, the amount of heat generated by CI combustion does not become excessive. Therefore, it is possible to reduce combustion noise and suppress abnormal combustion.

また、着火部13Aは、圧縮行程後期において、キャビティ5Cに沿って流れるタンブル流Tuと、スキッシュ生成面51に沿って流れるスキッシュ流Sqとが合流する合流領域Mに配置されている。このため、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとを利用して、火炎伝播を、混合気が成層化されているキャビティ5Cの径方向中央部に指向させることができる。また、膨張行程初期においては、スキッシュ生成面51に生じる逆スキッシュ流RSqによって、燃焼室6の径方向外側領域のエンドガスゾーンR12におけるCI燃焼を促進させることができる。   Further, the ignition section 13A is arranged in a confluence region M where the tumble flow Tu flowing along the cavity 5C and the squish flow Sq flowing along the squish generation surface 51 merge in the latter half of the compression stroke. Therefore, by using the tumble flow Tu and the squish flow Sq, it is possible to direct the flame propagation to the radial center portion of the cavity 5C in which the air-fuel mixture is stratified. In the initial stage of the expansion stroke, the reverse squish flow RSq generated on the squish generation surface 51 can promote CI combustion in the end gas zone R12 in the radially outer region of the combustion chamber 6.

さらに、着火部13Aが配置される合流領域Mは、気筒軸方向Aに沿った断面視において、スキッシュ生成面51の基部51Eとなるキャビティ5Cの外周縁5Eの径方向内側であって、キャビティ5Cの斜面部53の上方部分に隣接する領域とされる。また、合流領域Mは、燃焼室6の気筒軸方向の平面視において、2つの吸気ポート9A、9Bの間の領域である。このような合流領域Mは、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとが自ずと合流する領域であるので、着火部13Aにおいて発生した火炎を強い筒内流動に乗せて燃焼室6の径方向中心に向かわせるには最適である。   Further, the merging region M in which the ignition portion 13A is disposed is radially inside the outer peripheral edge 5E of the cavity 5C serving as the base 51E of the squish generation surface 51 in a cross-sectional view along the cylinder axis direction A, and Is an area adjacent to the upper part of the slope 53. Further, the merging region M is a region between the two intake ports 9A and 9B in a plan view of the combustion chamber 6 in the cylinder axis direction. Since such a joining region M is a region where the tumble flow Tu and the squish flow Sq naturally join together, the flame generated in the ignition portion 13A is put on a strong in-cylinder flow and directed toward the radial center of the combustion chamber 6. Is perfect for

また、インジェクタ14からの燃料噴射は、キャビティ5C内に混合気が形成され、且つ、混合気とキャビティ5Cの底部52(壁面)との間に空気層が形成されるように実行される。これにより、キャビティ5C内に混合気層と該混合気層を取り囲む空気層とが成層化され、冷却損失を低減できる。そして、本実施形態によれば、キャビティ5C内で燃料分布の成層化が図られた状態において、火炎伝播をキャビティ5Cの全方位で均質に発生させることができる。   The fuel injection from the injector 14 is performed such that an air-fuel mixture is formed in the cavity 5C and an air layer is formed between the air-fuel mixture and the bottom 52 (wall surface) of the cavity 5C. Thereby, the air-fuel mixture layer and the air layer surrounding the air-fuel mixture layer are stratified in the cavity 5C, and the cooling loss can be reduced. Then, according to the present embodiment, in a state where stratification of the fuel distribution is achieved in the cavity 5C, flame propagation can be uniformly generated in all directions of the cavity 5C.

[変形例]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。
[Modification]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and for example, the following modified embodiment can be adopted.

(1)上記実施形態では、ピストン5の冠面50にキャビティ5Cが備えられている燃焼室6を例示した。これに代えて、キャビティ5Cを備えないピストン5を用いるようにしても良い。   (1) In the above embodiment, the combustion chamber 6 in which the cavity 5C is provided in the crown surface 50 of the piston 5 has been exemplified. Instead, a piston 5 without the cavity 5C may be used.

(2)上記実施形態では、タンブル流Tuとスキッシュ流Sqとが合流する合流領域Mに着火部13Aを配置した例を示したが、少なくともタンブル流Tによって火炎を燃焼室6の径方向内側へ向かわせる態様であれば良い。   (2) In the above embodiment, the example in which the ignition portion 13A is arranged in the merging region M where the tumble flow Tu and the squish flow Sq merge, but at least the flame is caused to flow radially inward of the combustion chamber 6 by the tumble flow T. It is sufficient if it is in a mode of facing.

(3)上記実施形態では、点火プラグ13として、中心電極131と接地電極132との間に火花放電を発生させるタイプの点火プラグを例示した。点火プラグ13は、各種の放電を行う放電電極を備えるものであれば良い。例えば、プラズマ放電を行う放電電極を備えたプラズマジェットプラグを、点火プラグ13として用いても良い。   (3) In the above embodiment, an example of a spark plug that generates a spark discharge between the center electrode 131 and the ground electrode 132 has been described as the spark plug 13. The ignition plug 13 only needs to be provided with a discharge electrode for performing various discharges. For example, a plasma jet plug having a discharge electrode for performing a plasma discharge may be used as the ignition plug 13.

(4)上記実施形態では、ピストンの冠面50のスキッシュ生成面51と燃焼室天井面6Uとが平行な構造を例示した。これら2つの面は必ずしも平行に形成しなくとも良く、スキッシュ生成面51が、燃焼室天井面6Uに対して最大±5度程度傾斜しても良い。この範囲内であれば、スキッシュ流Sqは充分に生成することができる。なお、図5(A)に図示されているように、スキッシュ生成面51が、燃焼室天井面6Uに対して、キャビティ5C側に向かうほど離間する(2つの面間の距離が若干広がる)構造としてもよい。   (4) In the above embodiment, the structure in which the squish generation surface 51 of the piston crown surface 50 and the combustion chamber ceiling surface 6U are parallel is exemplified. These two surfaces need not necessarily be formed in parallel, and the squish generation surface 51 may be inclined at a maximum of ± 5 degrees with respect to the combustion chamber ceiling surface 6U. Within this range, the squish flow Sq can be sufficiently generated. As shown in FIG. 5A, the structure in which the squish generation surface 51 is separated from the combustion chamber ceiling surface 6U toward the cavity 5C (the distance between the two surfaces is slightly widened). It may be.

(5)上記実施形態では、インジェクタ14として、ホロコーン噴霧を形成する燃料噴射口を有する外開弁式のインジェクタを例示した。これに代えて、インジェクタ14のヘッド部14Aに複数の燃料噴射口を設けたインジェクタを用いても良い。   (5) In the above-described embodiment, an external valve-type injector having a fuel injection port for forming a hollow cone spray is illustrated as the injector 14. Instead, an injector in which a plurality of fuel injection ports are provided in the head portion 14A of the injector 14 may be used.

1 エンジン本体
2 気筒(燃焼室壁面)
3 シリンダブロック
4 シリンダヘッド
5 ピストン
5C キャビティ
5E 外周縁
50 冠面(燃焼室壁面)
51 スキッシュ生成面
52 底部
53 斜面部
6 燃焼室
6U 燃焼室天井面(燃焼室壁面)
9、9A、9B 吸気ポート
10、10A、10B 排気ポート
13 点火プラグ(強制着火源)
13A 着火部
14 インジェクタ(燃料噴射弁)
101 着火制御部
1 engine body 2 cylinders (combustion chamber wall)
3 Cylinder block 4 Cylinder head 5 Piston 5C Cavity 5E Outer edge 50 Crown surface (combustion chamber wall surface)
51 Squish generating surface 52 Bottom 53 Slope 6 Combustion chamber 6U Combustion chamber ceiling (combustion chamber wall)
9, 9A, 9B Intake port 10, 10A, 10B Exhaust port 13 Spark plug (forced ignition source)
13A ignition part 14 injector (fuel injection valve)
101 Ignition control unit

Claims (3)

少なくともガソリンを含む燃料を用いる着火アシスト式の予混合圧縮着火式エンジンであって、
吸気ポート及び排気ポートを備え、前記吸気ポートからの吸気によって前記吸気ポート側から前記排気ポート側へ向かうタンブル流が発生し、前記燃料の供給によって生成される混合気を圧縮着火燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の径方向の中心領域に向けて前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に着火部が配置される強制着火源と、
前記強制着火源による着火タイミングを制御する着火制御部と、を備え、
前記燃焼室を区画する燃焼室壁面の一部は、ピストンの冠面と、該冠面と対向する燃焼室天井面とによって形成され、前記吸気ポート及び前記排気ポートは、前記燃焼室天井面に開口されており、
前記冠面は、径方向の中央領域に凹設されたキャビティと、少なくとも前記吸気側における前記キャビティの径方向外側に配置され前記燃焼室天井面と略平行な平面からなるスキッシュ生成面とを含み、
前記着火部は、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、前記吸気側に偏在する位置であって、前記キャビティの外周縁の内側近傍に配置され、
前記燃料噴射弁は、圧縮行程の中期に前記キャビティ内に燃料を噴射し、
前記着火制御部は、前記燃料の噴射の後から圧縮上死点よりも前のタイミングであって、気筒軸方向に沿った断面視で前記着火部が前記スキッシュ生成面に沿ったラインを径方向内側へ延長した延長線よりも前記燃焼室天井面寄りの位置関係にあり、且つ、前記キャビティに沿って流れる前記タンブル流と前記スキッシュ生成面に沿って流れるスキッシュ流とが合流して前記燃焼室の径方向中心領域へ向かう筒内流動が前記着火部の位置で形成されるタイミングにおいて、前記混合気に強制着火するよう、前記強制着火源を制御することを特徴とする着火アシスト式の予混合圧縮着火式エンジン。
An ignition assist type premixed compression ignition engine using a fuel containing at least gasoline,
A combustion chamber having an intake port and an exhaust port, wherein a tumble flow from the intake port side toward the exhaust port side is generated by intake from the intake port, and a compression-ignited combustion of an air-fuel mixture generated by the supply of the fuel; ,
A fuel injection valve that injects the fuel toward a radially central region of the combustion chamber;
A forced ignition source in which an ignition section is disposed in the combustion chamber,
An ignition control unit that controls ignition timing by the forced ignition source,
A part of the combustion chamber wall surface that defines the combustion chamber is formed by a piston crown surface and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface, and the intake port and the exhaust port are formed on the combustion chamber ceiling surface. It is open,
The crown surface includes a cavity recessed in a central region in a radial direction, and a squish generation surface which is disposed at least radially outside the cavity on the intake side and is substantially parallel to the ceiling surface of the combustion chamber. ,
The ignition portion is a position unevenly located on the intake side when the side on which the intake port is arranged in the combustion chamber is an intake side, and the side on which the exhaust port is arranged is an exhaust side, and It is arranged near the inside of the outer peripheral edge ,
The fuel injection valve injects fuel into the cavity in a middle stage of a compression stroke,
The ignition control unit is at a timing before the compression top dead center after the injection of the fuel, and in a cross-sectional view along the cylinder axis direction, the ignition unit radially moves a line along the squish generation surface in a radial direction. The tumble flow flowing along the cavity and the squish flow flowing along the squish generation surface merge in a position closer to the ceiling of the combustion chamber than the extension line extending inward, and the combustion chamber at the timing when the in-cylinder toward the radial direction center area flow is formed at the position of the ignition portion, to force igniting the air-fuel mixture, ignition assist type of pre, characterized in that for controlling the forced ignition source Mixed compression ignition engine.
請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記着火部は、圧縮行程後期において、前記タンブル流と前記スキッシュ流とが合流する合流領域に配置され、
前記燃焼室天井面には、前記吸気ポート及び前記排気ポートが各々2個ずつ開口されており、
前記スキッシュ生成面は、2つの前記吸気ポートの間から前記冠面の径方向外側に向けて延出する平面であって、
前記合流領域は、前記燃焼室の気筒軸方向の平面視において、前記キャビティの外周縁の内側であって、2つの前記吸気ポートの間の領域である、予混合圧縮着火式エンジン。
The premixed compression ignition engine according to claim 1 ,
The ignition portion is disposed in a confluence region where the tumble flow and the squish flow merge in a later stage of the compression stroke,
On the ceiling surface of the combustion chamber, two intake ports and two exhaust ports are respectively opened,
The squish generation surface is a plane extending radially outward of the crown from between the two intake ports,
The premixed compression ignition engine, wherein the merging region is a region inside the outer peripheral edge of the cavity and between the two intake ports in a plan view in the cylinder axis direction of the combustion chamber.
請求項1又は2に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射は、前記キャビティ内に混合気が形成され、且つ、前記混合気と前記キャビティの壁面との間に空気層が形成されるように実行される、予混合圧縮着火式エンジン。
The premixed compression ignition engine according to claim 1 or 2 ,
The fuel injection from the fuel injection valve is performed such that a mixture is formed in the cavity and an air layer is formed between the mixture and a wall surface of the cavity. Expression engine.
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